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1、,德布罗意的获奖论文,德布罗意的思路,必有实物波存在。”,光子伴有光波，,脉动好象光子，,频率即为脉动，,能量含有频率，,质量就是能量，,“实物粒子有质量，,16-5 粒子的波动性,德布罗意(1892-1960)：法国人，一战服役六年，原来从事历史研究，受其兄影响，改学物理，1924年获博士学位，1929年获诺贝尔物理奖。1932年任巴黎大学物理教授，1933年被选为法国科学院院士。,德布罗意,一、德布罗意波,德布罗意提出了物质波的假设：任何运动的粒子皆伴随着一个波，粒子的运动和波的传播不能相互分离。,运动的实物粒子的能量E、动量p与它相关联的波的频率 和波长之间满足如下关系：,德布罗意关系式
2、,自由粒子速度较小时，质量不变,电子的德布罗意波长为,例如：电子经电势差 V 加速后,若,则,二、物质波的实验验证,1927年戴维孙和革末用加速后的电子投射到晶体上进行电子衍射实验。,衍射最大值：,电子的波长：,电流出现峰值,戴维孙革末实验中,C.J.戴维孙 通过实验发现晶体对电子的衍射作用,1937诺贝尔物理学奖,若U150V，电子对应的德布罗意波长：,例：子弹m=10-2 kg，速度V=5.0102m/s,对应的德布罗意波长：,太小测不到！,电子在电压U的加速下：,电子不仅在反射时有衍射现象，汤姆逊实验证明了电子在穿过金属片后也象X 射线一样产生衍射现象。,戴维逊和汤姆逊因验证电子的波动性
3、分享1937年的物理学诺贝尔奖金。,电子的衍射实验证明了德布罗意关系的正确性。,GP汤姆逊像,电子波长比可见光波长小10-310-5数量级，从而可大大提高电子显微镜的分辨率。,我国已制成80万倍的电子显微镜，分辨率为1.44，能分辨大个分子。,三、应用：,电子显微镜：,光学显微镜示意图,电子显微镜示意图,透射电子显微镜（TEM）,Transmission Electron Microscope,安工大电镜,1987年进口 25万$(现价10万$),仪器简介:日立牌 H800透射电子显微镜具有较高的分辨本领，能提供材料及其细微的组织结构信息。,技术性能:最高加速电压：200kv 分辨率：4.5A
4、 应用范围:主要应用于金属等材料的微观组织与结构分析。,扫描隧道显微镜的工作示意图,48个Fe原子形成“量子围栏”，围栏中的电子形成驻波.,四、德布罗意波的统计解释(1926,玻恩),在某处德布罗意波的强度是与粒子在该处邻近出现的几率成正比,德布罗意波是几率波!,波性：衍射图样亮处，光强大，,粒子性：衍射图样亮处,光强大，光子数多.,统计解释：亮处，光子到达的概率大。,衍射图样亮处，电子到达该处的概率大，波的强度也大。,统计解释：,16-5 测不准关系(Uncertainty Principle),一.测不准关系,在牛顿力学中，运动物体在任何时刻都有完全确定的位置，动量，能量，角动量等。但对微
5、观粒子，由于粒子的波动性，微观粒子在某个位置上仅以一定的概率出现，这就是说，粒子的位置是不能确定的。粒子的位置虽不能确定，但基本上出现在某区域，例如出现在 内（一维情形）或 内（三维情形），称 为粒子坐标的不确定量。粒子的动量也是不能确定的，但动量基本上也有一个范围（或），称为粒子动量的不确定量。,同样的道理，粒子的其他力学量（能量，角动量）也是不确定的。经典力学认为，这六个不确定量：原则上可以减少到零，因而原则上可以把粒子的位置和动量都测准。1927年，德国物理学家海森堡（W.Heisenberg)发现，当我们企图用这些在宏观世界中总结出来的物理量（牛顿力学中），来描述微观世界中的运动时，存
6、在着一定的困难，它们被下列关系式所限制：,海森伯测不准关系式,W.海森堡 创立量子力学，并导致氢的同素异形的发现,1932诺贝尔物理学奖,X方向电子的位置不准确量为：,长时间积累后出现衍射图样,二.用电子单缝衍射说明不确定关系,X方向的分动量px的测不准量为：,(单缝衍射）,考虑到在两个一级极小值之外还有电子出现，所以：,经严格证明此式应为：,这就是著名的海森伯测不准关系式,测不准关系式的理解,1.用经典物理学量动量、坐标来描写微观粒子行为时将会受到一定的限制。,*3.对于微观粒子的能量 E 及它在能态上停留的平均时间t 之间也有下面的测不准关系：,2.可以用来判别对于实物粒子其行为究竟应该用
7、经典力学来描写还是用量子力学来描写。,W.海森堡 创立量子力学，并导致氢的同素异形体的发现,1932诺贝尔物理学奖,例：电视显象管中电子的加速电压为9kV，电子枪枪口直径为0.1mm，求：出枪口之后电子的横向速度，并加以讨论。,解：,电子经9kV加速后的速度为：,讨论：由于，电子的波动性极小，图象清晰。,例：小球质量m=10-3千克，速度V=10-1米/秒，x=10-6米，则速率的不确定范围为多大？,不确定关系对宏观物体来说，实际上是不起作用的。,解：,例如：一电子具有200ms-1的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%，则该电子的位置不确定范围有多大？,解：,电子的动量：,动量的不确定范围：,电子的不确定范围：,电子位置的不确定范围甚至比原子的大小还要大几亿倍。,所以坐标及动量可以同时确定,1.宏观粒子的动量及坐标能否同时确定？,电子动量是不确定的，应用量子力学处理。,2.微观粒子的动量及坐标是否永远不能同时确定？,
